CN103370173B

CN103370173B - 锌基合金丸

Info

Publication number: CN103370173B
Application number: CN201180059609.0A
Authority: CN
Inventors: 石川政行; 平井薰
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: US9707664B2; CN103370173A; BR112013014944A2; BR112013014944B1; US20130259737A1; KR20130128414A; MX356628B; MX2013006799A; WO2012081276A1; KR101846413B1; BR112013014944B8; JP2012125900A

Abstract

本发明提供一种锌基合金丸及其制造方法，所述锌基合金丸是易于制作相对高硬度的制品且变色也少的新型构成的Cu添加锌基合金丸。所述锌基合金丸含有以增大维氏硬度等为目的的主添加元素Cu以及以增大维氏硬度和抑制腐蚀为目的的副添加元素Fe，且显示40～150HV的维氏硬度。化学成分组成通常为Cu：0.1～13.0质量％、Fe：0.0025～0.25质量％、Zn：余量，且1≤Cu/Fe（质量比）≤1000。

Description

锌基合金丸

技术领域

本发明涉及一种主要在喷丸中使用的锌基合金丸，其中，所述喷丸的目的在于非铁金属制品的飞边和毛刺的除去（以下记载为“去飞边”），以及铸造品的落砂，涂料剂、脱模剂的粘砂除去，或者氧化膜和流痕的除去（以下记载为“打磨和清理（研掃）”）。尤其涉及适合于由铝合金、锌合金或镁合金形成的轻合金制品的表面处理的锌基合金丸。

在本说明书和请求保护的范围中的各技术用语的含义如下所示。

·维氏硬度意味着在“JISZ2244”中以试验力0.4093N、试验力的保持时间：10～15s的条件测定得到的维氏硬度。需要说明的是，虽然表示为“○○○HV0.05”，但是在本文中简写为“○○○HV”。

·表示合金组成的“%”只要没有特别说明就意味着“质量%”。

·丸的“平均粒径”只要没有特别说明就意味着“中值粒径：累积分布的50%值”。

背景技术

与铝基合金丸、不锈钢丸相比，仅由锌形成的锌丸因丸破碎引起的粉尘云的爆炸灵敏度低且爆炸下限浓度也高。

但是，锌丸容易使被处理品产生黑点，并且，因为维氏硬度表示为40～50HV，所以柔软而表面处理效果不充分，从而喷射加工费时（专利文献1第0004段）。

因此，以抑制黑点的产生、提高锌丸的硬度为目的，提出了添加有各种合金元素的锌基合金（专利文献1～6）。

例如，在专利文献1、2中提出了添加Cu来解决这些问题，在专利文献3中提出了添加Ni来解决这些问题，在专利文献4中提出了添加Mn来解决这些问题，在专利文献5中提出了添加Cu和Mn来解决这些问题，在专利文献6中提出了添加Mg来解决这些问题。

专利文献1：日本特开平9-070758号公报（摘要等）

专利文献2：日本特开2002-224962号公报（摘要等）

专利文献3：日本特开平11-320416号公报

专利文献4：日本特开2001-162538号公报

专利文献5：日本特开2007-84869号公报

专利文献6：日本特开2009-226535号公报

发明内容

本发明的目的是提供一种新型构成的锌基合金丸及其制造方法，该锌基合金丸是添加有Cu的锌基合金丸，其易于制作相对高硬度的制品且丸本身的腐蚀（生锈）也少，并且不会过多增大由于使用而导致的丸的微细化、损耗。

本发明人等为了解决上述课题（目的）而反复进行了深入研究，结果发现如果形成下述构成，则与以往的Cu添加锌基合金相比，易于制作相对高硬度的制品且可以抑制丸本身的腐蚀（生锈），以此为见解想到了下述构成的本发明。

本发明涉及一种锌基合金丸，所述锌基合金丸的特征在于，含有主添加元素Cu和副添加元素Fe，且显示40～150HV的维氏硬度，所述主添加元素Cu以增大维氏硬度等为目的，所述副添加元素Fe以增大维氏硬度和抑制腐蚀为目的。

本发明的锌基合金丸通过在锌基合金中添加作为主添加元素的Cu和微量添加Fe作为副添加元素，维氏硬度进一步增大，并且丸自身的腐蚀（经时变色）被抑制（参照后述的腐蚀试验结果）。其结果，丸的制品价值（主要是外观上的）增大。作为喷丸等中被处理品（工件）的黑点的一个原因，认为是锌基合金丸向被处理品冲击时，该丸的表层部存在的腐蚀部被转移到该被处理品的表面，通过微量添加Fe作为副添加元素，使该丸自身的腐蚀降低，所以可以期待能使由喷丸导致被处理品变黑的情况减少。

另外，本发明的锌基合金丸像专利文献3至5一样，不包含PRTP制度的对象的Ni和Mn等，从环境保护和作业安全性的角度考虑也是优选的。

另外，本发明的锌基合金丸在制作同一硬度的丸的情况下可以使Cu含量相对地降低。因此，可以抑制丸的韧性的降低，由此抑制磨损（破碎）的发生。在喷丸中，在向被加工物投射后磨损少的丸再度向该被加工物投射，即虽然循环使用但抑制了上述磨损的发生，由此锌基合金丸的寿命变长。

附图说明

图1是表示本发明的合金组成范围的三成分系状态图。

图2是表示本发明的锌基合金丸的制造方法的一例的流程图。

图3是表示寿命实验的结果（每次投射的筛上残留率）的图表。

图4是由图3求出的表示铁含量和寿命的关系的图表。

图5是表示腐蚀试验的结果的图表。

具体实施方式

以下，对本发明的锌基合金丸进行详细地说明。图1示意地示出锌基合金丸的三成分系合金组成的状态图中的本发明的组成范围（涂黑部分）。本发明的锌基合金丸是以增大硬度为目的，含有主添加元素Cu和作为副添加元素的Fe。

所述Cu有使锌合金的机械强度和硬度（维氏硬度）增大的作用，如果Cu的含量过低则难以得到这些作用。但是，如果Cu含量高，则虽然机械强度和维氏硬度增强但韧性（耐冲击性）显示下降的倾向。

所述Fe为微量添加（含有），具有与Cu协同地增大硬度（维氏硬度）的作用，并且有抑制腐蚀（减少变色）的作用。如果Fe的含量过低则难以得到这些作用。但是，如果Fe的含量高，则与Cu含量高的情况同样，虽然机械强度和维氏硬度增强但韧性（耐冲击性）显示下降的倾向。

在此，化学成分组成根据维氏硬度和韧性的平衡来进行适当选择。

例如，要得到维氏硬度：40～150HV的锌基合金丸的情况下，设为满足Cu：0.1～13.0质量%，Fe：0.0025～0.25质量%，Zn：余量，1≤Cu/Fe（质量比）≤1000。

并且，要得到维氏硬度：60～150HV的锌基合金丸的情况下，设为满足Cu：1.5～10.0质量%，Fe：0.0025～0.25质量%，Zn：余量，20≤Cu/Fe（质量比）≤1000。

并且，要得到维氏硬度：70～125HV的锌基合金丸的情况下，设为满足Cu：2.0～5.0质量%，Fe：0.03～0.1质量%，Zn：余量，20≤Cu/Fe（质量比）≤100。

另外，在锌基合金丸中，如果维氏硬度低于40HV，则去飞边能力、打磨和清理能力不足，如果超过150HV，则去飞边时、打磨和清理时，容易发生锌基合金丸的破裂、损耗，丸的消耗量增大。这是由于锌基合金丸的韧性低而引起的。并且，在由铝合金、锌合金或镁合金形成的轻合金制品的表面处理（去飞边、打磨和清理、喷丸硬化处理等）中，使用维氏硬度超过150HV的上述锌基合金丸时，有时对上述轻合金制品的表面造成损伤，或被过度地加工成缎纹状而无法维持规定的面粗糙度。

另外，虽然得到与专利文献2同样的维氏硬度：约60～150HV，但在本发明中，如前所述，Cu含量：1.5～10.0%，与专利文献2的Cu含量：1.8～13.0%相比相对较低，认为这是因为通过含有Fe而丸的硬度显著增大的缘故。

如上所述，通过含有Cu和与Cu（1.5～10.0%）相比为微量（0.0025～0.25%）的Fe，能够得到同样硬度的丸却可大幅度减少Cu含量，能够抑制丸的韧性的降低（参照实施例的喷丸评价试验的维氏硬度一项）。

在上述构成的本发明中，锌基合金丸所含的三成分（Zn、Cu、Fe）以外的元素（不可避免的杂质）的合计含量优选尽可能地少。

如果不可避免的杂质的含量高，则韧性容易降低（容易产生裂纹），导致寿命降低。需要说明的是，在Zn、Cu等的原料（基体金属）中含有Fe作为杂质时，可以将该Fe作为本发明的副添加元素的全部或一部分使用。例如，在Zn和Cu中作为杂质含有的Fe的量与锌基合金丸所要求的Fe的量大致同量的情况下，没有必要再追加Fe，而低于锌基合金丸所要求的Fe的量的情况下追加不足的部分即可。

作为基础元素Zn的原料（基体金属），可以举出JISH2107的普通锌基体金属（99.97%以上）、最纯锌基体金属（99.995%以上）、特种锌基体金属（99.99%以上）等。顺便说一下，普通锌基体金属的Fe含量为0.005%以下。

作为Cu的原料（基体金属），可以举出JISH2121的电解铜基体金属（99.96%以上）等。

此外，作为Fe的原料（基体金属），可以适宜地使用JISG0203中规定的各种钢锭、钢坯、钢材。

本发明中的锌基合金丸的平均粒径（中值粒径）根据被处理品的强度和处理目的而不同，通常为0.1～3.5mm，从生产率和需要的观点出发，优选为0.3～2.3mm，更优选为0.3～1.2mm。若平均粒径过小，则难以得到充分的去飞边能力、打磨和清理能力、喷丸硬化效果（例如，赋予压缩残余应力）。相反，若平均粒径过大，则在表面处理（去飞边、打磨和清理、喷丸硬化处理等）时对被处理物造成损伤，或者被过度地加工成缎纹状而无法维持规定的面粗糙度。

本发明的锌基合金丸通过如前所述添加Fe（副添加元素），抑制了该丸的腐蚀，所以冲击被加工物（工件）时，该腐蚀物不被转移到该被加工物（工件）的表面。因此如果应用于由铝合金、锌合金或镁合金形成的轻合金制品的表面处理，则也可以期待抑制被处理物（工件）的黑点产生。

本发明的锌基合金丸例如优选将经过如下工序而得到的粒状体进行分级而制造，所述工序是：使熔解的金属熔液滴入水等冷却介质中的工序，在该冷却介质中进行凝固、堆积的工序，使该凝固、堆积物干燥的工序。通过将熔解的金属熔液滴入冷却介质中，从而使上述金属熔液急剧冷却，所以与一般的铸造材料相比成为微细且均匀的组织。作为喷丸或喷丸硬化使用时，将对锌基合金丸施加非常大的外力，所以通过形成微细且均匀的组织，能够提高耐冲击性、拉伸强度等机械性质，可以很好地作为锌基合金丸使用。以下具体地说明用上述的制造方法制造的情况（参照图2）。

首先，对基础元素（Zn）和添加元素（Cu和Fe）的锭（原料）12进行计量，以成为设定合金组成比的方式投入坩埚14中。接着，通过用加热设备（电阻加热）15将坩埚14加热，将投入的锭（基体金属）混合物熔解，得到熔液16。此时的熔解加热温度根据合金组成、生产规模而不同，但通常在550～700℃的范围适当地设定。此外，各元素的熔点如下。

Zn：419.6℃、Cu：1083.4℃、Fe：1535℃

接着，将熔液16投入熔液保持容器18。熔液保持容器18中具备加热设备（电阻加热）20，在制造锌基合金丸时，能够以熔液16不会冷却至必要以上的方式进行保持。此时的熔液保持温度根据合金组成、生产规模而不同，但通常在450～650℃的范围适当地设定。

熔液保持容器18的底部设有用于滴加熔液的滴液喷嘴22，该喷嘴22的下部配有冷却槽28，该冷却槽28投入有水等冷却介质24且附设有冷却设备（冷却塔）26。需要说明的是，冷却介质24也可以为油等。熔液保持容器18中的熔液16从滴液喷嘴22滴入，从而通过从经过滴液喷嘴22到冷却介质24为止的空气中时与空气接触，进而与冷却介质24接触，伴随着这些接触而导致的冷却，受到表面张力的影响而形成球状。

需要说明的是，冷却介质24通过与滴入熔液接触而温度上升，成为阻碍滴入熔液骤冷的原因，因此，利用冷却设备（冷却机）26将冷却介质24保持在设定温度。例如为水的情况下，该设定冷却温度通常设为60℃以下。超过60℃时，与滴入熔液（液滴）接触的水沸腾而界面成为汽化状态，难以发挥骤冷作用。

在冷却介质24的底部堆积锌合金的粒状体30。将其回收，用干燥机（旋转干燥机）32干燥后，用分级机（振动筛）34进行分级而得到锌基合金丸。需要说明的是，分级是根据锌基合金丸的使用目的以达到规定粒径的方式进行的。

需要说明的是，锌基合金丸的制造方法不仅限于上述滴液造粒法。例如，可以根据各自的作为目标的锌基合金丸的形状、粒度等适当选择气体喷散法、离心喷散法、水喷散法等公知的方法。

实施例

以下，对用于确认本发明的效果而进行的评价试验进行说明。

各锌基合金丸的制造是利用前述图2所示的方法（液滴造粒法），使合金组成为表1所示来进行的。将这样制造的各丸进行分级，制作出平均粒径（中值粒径）1.0mm的各试样的投射用丸。并且对各试样的丸进行下述各项目的实验来进行评价。

[表1]

1）喷丸评价实验

将上述准备的各试样的丸（平均粒径1.0mm）100kg利用“TheErvinTestMachine（Ervin公司制）”以投射速度60m/s向作为靶的钢材（洛氏硬度65HRC（以JISG0202、JISZ2245规定））投射（发射）5000次。

1）维氏硬度

对各试样（1mmφ丸），每10个丸嵌入树脂固定后，将丸切成一半制作试片。然后，对于各试片，基于JISZ2244在使用（发射）前测定维氏硬度。采用测定结果（n=10）的算术平均值，示于表1。由表1可知，即使Cu含量少至2.5％，通过微量含有Fe，也容易得到高硬度的丸。这由在Cu含量方面近似的本发明的试样No.2）与专利文献2的丸No.3（第0015段表1）的对比而得到证实。在本发明（试样No.2）中，Cu含量：2.5％、Fe含量：0.05％、Cu/Fe合计含量：2.55％、维氏硬度：100.1HV。与此相对，在专利文献2（前述丸No.3）中，Cu含量：3.12％、Fe含量：0.02％、Cu/Fe合计含量：3.14％、维氏硬度：95.6HV。由表1所示的结果可知，伴随着Fe含量增大，维氏硬度增大。

2）丸寿命

对于各试样，每次投射都将丸用筛（网眼0.85mm）分级，测量筛上残留的量（残留率）。将这些结果示于图3。在图3中，将残留率成为约30％时的投射次数作为丸寿命，将其结果示于图4。可知随着Fe含量增大有寿命降低的倾向。然而，对于其降低率而言，当将Fe含量：0.005％（试样No.1）的情况作为100％时，在Fe含量：0.2％（试样No.3）时可以确保约90％以上，并且在Fe含量：0.05％（试样No.2）时可以确保约95％以上，可以确认在实用上没有问题。

（2）腐蚀试验

对于由与各试样同一组成的合金成型的圆柱状试样（φ2×10mm），每10个水平嵌入树脂固定后，在轴向上切成一半来制作试片。然后，对于各试片，依据JISZ2371进行中性盐水喷雾试验。然后，使用高精度尺子（游标卡尺）通过目视测量，用下式算出合金露出面的腐蚀率（白色锈：ZnO）。锈的颜色为白色。

腐蚀率（%）=100×腐蚀面积合计（mm2）/样品表面积合计（mm2）

由表示腐蚀试验的结果的图5可知，仅仅使Fe含有（0.0025～0.25％），腐蚀率就显著降低。

以上，根据喷丸评价试验和腐蚀试验，证实了含有主添加元素Cu和副添加元素Fe的本发明的锌基合金丸易于确保维氏硬度且丸寿命（韧性）在实际应用上也充分，并且耐腐蚀性也优异。

该申请基于在日本2010年12月16日提出的特愿2010-280807号，其内容形成本申请的内容的一部分。

并且，通过本说明书的详细的说明可以更加完全地理解本发明。然而，详细的说明和特定的实施例是本发明的优选实施方式，只是为了说明的目的而记载的。由该详细的说明进行各种变化、改变对本领域技术人员来说是明确的。

申请人不打算将所记载的所有实施方式向公众公布，在公开的改变、替代方案中，或许在文字上未包含在专利请求保护的范围内的实施方式也等同地作为本发明的一部分。

在本说明书或请求保护的范围的记载中，只要没有特别指示，或者除非上下文明显矛盾，名词和同样的指代词的使用应该解释为包含单数和复数两者。本说明书中提供的任何示例或示例性用语（例如，“等”）的使用也只不过是想要易于说明本发明，只要不特别记载于请求保护的范围中就不是对本发明的范围加以限制。

符号说明

12…锭（基体金属）

14…坩埚

16…熔液

18…熔液保持容器

22…滴液喷嘴

24…冷却介质（水）

32…干燥机

34…分级机

Claims

1.一种锌基合金丸，其特征在于，含有主添加元素Cu和副添加元素Fe，化学成分组成满足Cu：0.1～13.0质量％、Fe：0.0025～0.005质量％、Zn：余量、20≤Cu/Fe之质量比≤1000的必要条件，且显示大于50且小于等于150HV的维氏硬度，所述主添加元素Cu以增大维氏硬度为目的，所述副添加元素Fe以增大维氏硬度和抑制腐蚀为目的。

2.根据权利要求1所述的锌基合金丸，其特征在于，化学成分组成满足Cu：1.5～10.0质量％、Fe：0.0025～0.005质量％、Zn：余量、300≤Cu/Fe之质量比≤1000的必要条件，且显示60～150HV的维氏硬度。

3.根据权利要求1或2所述的锌基合金丸，其特征在于，所述原料的锌的纯度在99.9％以上。

4.根据权利要求1或2所述的锌基合金丸，其特征在于，所述丸的平均粒径为0.1～3.5mm。

5.根据权利要求1或2所述的锌基合金丸，其特征在于，所述丸的平均粒径为0.3～2.3mm。

6.根据权利要求1或2所述的锌基合金丸，其特征在于，所述丸的平均粒径为0.3～1.2mm。

7.根据权利要求1或2所述的锌基合金丸，其特征在于，用于由铝合金、锌合金或镁合金形成的轻合金制品的表面处理。

8.一种锌基合金丸的制造方法，是权利要求1或2所述的锌基合金丸的制造方法，其特征在于，将经过如下工序而得到的粒状体进行分级而制造，所述工序是：使熔解的金属熔液滴入水等冷却介质中的工序，在该冷却介质中进行凝固、堆积的工序，使该凝固、堆积物干燥的工序。